摘要 闡述了可重構(gòu)型光分插復用設(shè)備（ROADM）進入波分網(wǎng)絡(luò)的背景，并對ROADM的三種主要技術(shù)進行了簡要介紹。最后提出未來ROADM的發(fā)展方向，即ROADM光層調(diào)度＋OTN電層調(diào)度組合解決方案，以及中興通訊推出的適應(yīng)市場發(fā)展的設(shè)備功能類型。
1 引言
隨著IPTV、三重播放、VoIP等各種新型電信業(yè)務(wù)的興起，人們發(fā)現(xiàn)這些以IP為承載協(xié)議的業(yè)務(wù)已經(jīng)迅速遍及電信各個領(lǐng)域，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的IP化和承載網(wǎng)絡(luò)的分組化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一個不可逆轉(zhuǎn)的潮流。在這種趨勢下，運營商的整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在發(fā)生轉(zhuǎn)變，業(yè)務(wù)的融合期待著光層作為基礎(chǔ)承載層的融合，使其成為更加適宜于承載IP/MPLS以及電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的分組傳送網(wǎng)。這些新型的電信業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)相比，具有更高的動態(tài)特性和不可預(yù)測性，因此需要傳輸承載網(wǎng)提供更高的靈活性。
超長距密集波分系統(tǒng)的成熟，使得網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的真正瓶頸從帶寬建設(shè)轉(zhuǎn)移到帶寬管理上，在核心的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，往往需要處理數(shù)十個甚至上百個波長，而超長距的傳輸能力，使得更多的節(jié)點需要具備更多的上下波長能力。作為基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，在更為激烈的市場競爭環(huán)境下，需要更快的業(yè)務(wù)提供以及各種層面的網(wǎng)絡(luò)保護和恢復能力。
因此，作為傳統(tǒng)物理層的光層組網(wǎng)，也要適應(yīng)新一代承載網(wǎng)絡(luò)的分組化、業(yè)務(wù)化、帶寬大顆粒化、動態(tài)化的組網(wǎng)需求。
DWDM密集波分復用系統(tǒng)是當前最常見的光層組網(wǎng)技術(shù)，通過復用/解復用器可以實現(xiàn)數(shù)十波甚至上百波的傳送能力，但是當前的波分復用系統(tǒng)，其本質(zhì)上還是一個點到點的線路系統(tǒng)，大多數(shù)的光層組網(wǎng)只能通過終端站(TM)實現(xiàn)的光線路系統(tǒng)構(gòu)建。稍后出現(xiàn)的OADM光分插復用器，逐漸邁出了從點到點組網(wǎng)向環(huán)網(wǎng)的演進。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定數(shù)目和波長的光通道，并沒有真正實現(xiàn)靈活的光層組網(wǎng)。因此，從某種意義上說，早期的波分復用系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)真正意義上的光層組網(wǎng)，難以滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)IP化和分組化的要求，例如網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)調(diào)度能力、可靠性、可維護性、可擴展性、可管理性等。這種情況直到ROADM的出現(xiàn)才得以改善。為了滿足IP網(wǎng)絡(luò)的需求，基礎(chǔ)承載網(wǎng)的建設(shè)逐漸采用一種以可重構(gòu)光分插復用設(shè)備(ROADM)為代表的光層重構(gòu)技術(shù)，為基礎(chǔ)承載網(wǎng)的建設(shè)提供了全新的思路。
2 ROADM的主要技術(shù)簡介
ROADM是一種類似于SDH ADM光層的網(wǎng)元，它可以在一個節(jié)點上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之間的波長級別的交叉調(diào)度。它可以通過軟件遠程控制網(wǎng)元中的ROADM子系統(tǒng)實現(xiàn)上下路波長的配置和調(diào)整。目前，ROADM子系統(tǒng)常見的有三種技術(shù)：平面光波電路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、波長選擇開關(guān)（Wavelength Selective Switch，WSS）。
2.1 平面光波電路（PLC）
平面光波電路ROADM是一種基于硅工藝的集成電路，可以集成多種器件，如光柵、分路器以及光開關(guān)等。它通過集成的陣列光波導(AWG)實現(xiàn)波長復用和解復用，集成的光開關(guān)實現(xiàn)波長直通或阻斷并加入(Block-and-Add)，可變光衰耗器(VOA)實現(xiàn)每通道的光功率動態(tài)均衡。PLC ROADM上下路的通道是彩色光，這意味著只有預(yù)定義的彩色波長可以在每個端口上下，并可配合可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成為低成本的ROADM解決方案之一。圖1所示為PLC的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖
優(yōu)點：復用器/解復用器技術(shù)成熟可靠，節(jié)點內(nèi)部插損較小，上下路波長較多時成本較低，便于升級到OXC。
缺點：模塊化結(jié)構(gòu)差，初期配置成本高，大容量交叉矩陣可靠性有待提高。
2.2 波長阻斷器(WB)
波長阻斷器用阻斷下路波長通過來實現(xiàn)功能，它可以支持較多的光通道數(shù)和較小的通道間隔，具有較低的色散，并可實現(xiàn)多個器件的級聯(lián)，易于實現(xiàn)光譜均衡。但波長阻斷器需要額外的上下路模塊來構(gòu)建系統(tǒng)，上下路配合可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器。從本質(zhì)上講，WB是一個二維器件，通常在構(gòu)建系統(tǒng)中由多個分立器件構(gòu)成，體積較大，但可以支持100GHz和50GHz的波道間隔，并且技術(shù)成熟，成本較低，因此適合用于LH和ULH系統(tǒng)。圖2所示的是廣播/選取結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 廣播/選取結(jié)構(gòu)示意圖
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，模塊化程度好，預(yù)留升級端口時可支持靈活擴展升級功能，上下路波長較少時成本低，支持廣播業(yè)務(wù)，具備通道功率均衡能力。
缺點：上下路波長較多時成本較高（獨立的可調(diào)諧濾波器成本高），不易過渡至OXC。
2.3 波長選擇開關(guān)(WSS)
波長選擇交換器(WSS)是近年來發(fā)展迅速的ROADM子系統(tǒng)技術(shù)。WSS基于MEMS光學平臺，具有頻帶寬、色散低，并且同時支持10/40Gbit/s光信號的特點和內(nèi)在的基于端口的波長定義(Colorless)特性。采用自由空間光交換技術(shù)，上下路波數(shù)少，但可以支持更高的維度，集成的部件較多，控制復雜。基于WSS的ROADM逐漸成為4度以上ROADM的首選技術(shù)。圖3、圖4所示的是波長選擇開關(guān)上下路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3 波長選擇開關(guān)上路結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 波長選擇開關(guān)下路結(jié)構(gòu)示意圖
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，端口指配靈活，波長擴展及方向擴展性較好，易于過渡到OXC。
缺點：上路類型節(jié)點成本較高，下路類型不支持業(yè)務(wù)廣播功能。
三種ROADM子系統(tǒng)技術(shù)，各具特點，采用何種技術(shù)，主要視應(yīng)用而定。根據(jù)對北美運營商的統(tǒng)計，超過70%的需求仍然是2維的應(yīng)用，而只有約10%的ROADM節(jié)點，將會采用4維或以上的節(jié)點。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的影響最小，易于實現(xiàn)從FOADM到2維ROADM的升級，具有極高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波長粒度的信道，遠程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實現(xiàn)多方向的環(huán)間互聯(lián)和構(gòu)建Mesh網(wǎng)絡(luò)。因此，三種技術(shù)各有所長，在不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中都有相應(yīng)的地位。
3 ROADM未來的演進方向
基于全光系統(tǒng)的ROADM同樣也有明顯的劣勢：
（1）只能以波長為顆粒進行處理，不能對子波長業(yè)務(wù)（如波長為10G系統(tǒng)中的GE和2.5G的業(yè)務(wù)）進行交換/匯聚等處理，網(wǎng)絡(luò)靈活性和帶寬利用率受到一定限制。
（2）由于傳輸物理因素，全光傳輸距離受到一定限制，使得在骨干網(wǎng)應(yīng)用中，業(yè)務(wù)流量和流向并不能任意變化，仍然需要精確地設(shè)計和規(guī)劃，增加了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的復雜性。德國電信也明確指出，傳輸物理限制是影響ROADM組網(wǎng)的重要原因。
基于ROADM目前存在的這些不足，業(yè)界提出增加電交叉領(lǐng)域。于是產(chǎn)生了ROADM＋OTN的設(shè)備形態(tài)。目前的典型應(yīng)用是，對于10G以上(含10G)的業(yè)務(wù)，節(jié)點采用全光的方式進行直通或者上下，對于GE/2.5G的業(yè)務(wù)，節(jié)點先將其下路到電域交叉板，再進行基于2.5G顆粒的電域分插和復用。這種分插復用模式有點類似于ADM中的VC-4和VC-12的兩級交叉，只是第一級采用全光的處理。目前，已有設(shè)備商推出相關(guān)產(chǎn)品，并在城域范圍內(nèi)有一定應(yīng)用。
4 中興通訊ROADM產(chǎn)品類型及特點
從技術(shù)實現(xiàn)方案來看，波長選擇開關(guān)方案具有較好的靈活性，可支持波長及光方向的擴展，受到設(shè)備廠商的青睞。但由于目前市場尚未形成規(guī)模應(yīng)用，器件價格較貴，相對于固定波長上/下的OADM來說成本仍較高，這是限制ROADM設(shè)備廣泛應(yīng)用的重要因素。設(shè)備智能化的特性與高昂的成本相比較，所帶來的收益還不足以促使所有運營商增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資購買ROADM設(shè)備，除非設(shè)備成本進一步下降或者運營商在一些高端網(wǎng)絡(luò)上進行戰(zhàn)略投資時才有可能真正選用ROADM設(shè)備進行組網(wǎng)。因此，低成本的ROADM方案和逐漸過渡的分步實現(xiàn)策略成為比較現(xiàn)實的發(fā)展之路。中興通訊在深入分析市場客戶不同層次的智能化需求以及綜合對比現(xiàn)有各種技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，規(guī)劃了多種ROADM產(chǎn)品類型，以適應(yīng)不同客戶在功能、成本方面的多種應(yīng)用需求。圖5是中興通訊ROADM產(chǎn)品類型及演變的趨勢。
圖5 ROADM產(chǎn)品類型及演變趨勢
4.1 低成本ROADM產(chǎn)品
低成本的ROADM產(chǎn)品主要指上下路端口固定或者上路端口固定產(chǎn)品類型，主要應(yīng)用于需要遠程配置波長上下路來實現(xiàn)業(yè)務(wù)分布的變化。
ROADM按功能分類有上下路固定端口的WB ROADM和上路固定端口的WSS ROADM兩種類型。WB ROADM采用固定濾波器分波以及固定上路波長業(yè)務(wù)單板，因省去了高昂的可調(diào)諧濾波器和可調(diào)諧激光器降低了成本，不支持上下路的端口指配功能；WSS ROADM采用固定上路波長業(yè)務(wù)單板，下路端口可實現(xiàn)指配。具體使用過程中應(yīng)根據(jù)市場應(yīng)用的需求靈活選取相應(yīng)類型，低成本的ROADM產(chǎn)品適用于需要波長上下路配置、對端口指配不做要求的市場應(yīng)用領(lǐng)域。
4.2 全功能ROADM產(chǎn)品
該類型的產(chǎn)品可實現(xiàn)上下路波長重構(gòu)并對上下路端口實現(xiàn)指配功能（Any Wavelength to Any Port），功能靈活，可用于組建智能化要求較高的網(wǎng)絡(luò)。包括上下路可指配端口WB ROADM類型和上下路可指配端口WSS ROADM類型：WB ROADM類型需要可調(diào)諧濾波器和可調(diào)諧波長的業(yè)務(wù)單板配合；WSS ROADM類型需要同時配置可調(diào)諧波長的業(yè)務(wù)單板。全功能ROADM產(chǎn)品的成本降低依賴于WSS、可調(diào)諧濾波器等集成器件的成本下降。
基于目前集成器件成本較高導致ROADM設(shè)備成本高昂的情況，結(jié)合市場實際應(yīng)用需求，選擇低成本ROADM方案提供智能化網(wǎng)絡(luò)的解決方案為當前的最佳方案，隨著器件成本的下降，將來可逐漸過渡到全功能的解決方案。
目前，中興通訊已成功推出了Unitrans系列ROADM設(shè)備，包括低成本ROADM產(chǎn)品和全功能ROADM產(chǎn)品，滿配置的情況下可實現(xiàn)40/80波完全上下路，全功能類型可實現(xiàn) “Any Wavelength to Any Port”。其靈活強大的波長可重構(gòu)功能可充分滿足客戶對業(yè)務(wù)進行任意調(diào)度的需求，并具有對直通和上路波長進行功率均衡的功能，滿足線路傳輸?shù)男枰１卸嗄瓿墒旒夹g(shù)積累，中興通訊ROADM充分考慮運營商的長遠發(fā)展需求，具備完善的升級功能，可為客戶真正實現(xiàn)“Pay as Grow”，降低CAPEX。在系統(tǒng)的部署初期、業(yè)務(wù)分布比較固定的情況下，可先部署固定波長上下路的系統(tǒng)，之后隨業(yè)務(wù)增長再加入部分波長可調(diào)諧的OTU，既可滿足日益增長的新業(yè)務(wù)需求，又保障了用戶的原有投資，是當前ROADM建網(wǎng)的最佳方案。
4.3 ROADM＋OTN產(chǎn)品
中興通訊順應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展方向，為彌補ROADM現(xiàn)存缺陷，成功推出了GSS電交叉子系統(tǒng)。
GSS系統(tǒng)全面支持OTN的G.709的接口標準和G.872框架體系。可實現(xiàn)業(yè)務(wù)的背板交叉，群路可調(diào)諧，便于管理；指定入口，指定出口，需求路由自動生成，點擊式配置操作簡單可靠；支持系統(tǒng)的平滑升級；客戶側(cè)、線路側(cè)可獨立擴容，充分利用帶寬，節(jié)省投資；網(wǎng)管的智能化控制；CAPEX，OPEX的成本控制和優(yōu)化。
如圖6所示，GSS系統(tǒng)與ROADM系統(tǒng)組合，實現(xiàn)了光波長級交叉調(diào)度和子波長級交叉調(diào)度，極大地方便了網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度靈活性，提高了波長利用率，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的X-ADM。
圖6 ROADM＋GSS組合平臺
5 結(jié)束語
DWDM網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是提高網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，ROADM設(shè)備以其靈活強大的波長可重構(gòu)功能為智能化網(wǎng)絡(luò)提供解決方案。本文列舉了目前ROADM設(shè)備的主要技術(shù)實現(xiàn)方案以及中興通訊提供的多種解決方案，運營商可結(jié)合實際市場需求選擇不同的產(chǎn)品類型組建網(wǎng)絡(luò)。ROADM設(shè)備的價格因素仍是制約其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵點，同時，基于ROADM設(shè)備開發(fā)具備自動波長調(diào)度智能化功能的協(xié)議支持將是ROADM設(shè)備廠商需重點研究的方向之一。
